CN213184295U - 一种具有超结结构的槽栅型igbt半导体功率器件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种具有超结结构的槽栅型IGBT半导体功率器件，该器件包括：半导体衬底，半导体衬底上的N型重掺杂区和P型阱区，该N型重掺杂区设置在P型阱区中间，在P型阱区一侧的靠近槽栅结构区的N型轻掺杂区，N型轻掺杂区上的N型重掺杂源区，N型重掺杂源区相邻接的P型重掺杂源区，在P型阱区另一侧的N型轻掺杂漂移区，N型轻掺杂漂移区上的N型重掺杂缓冲区，N型重掺杂缓冲区和P型阱区上的P型重掺杂集电极区，N型重掺杂区上的槽栅结构区，该槽栅结构区采用多晶硅和高K绝缘材料，N型/P型重掺杂源区引出发射极，槽栅结构引出栅极，P型重掺杂集电极区引出集电极。该IGBT功率器件通过槽栅结构和超结结构可以有效地提高其开关速度。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体功率技术领域，具体涉及一种具有超结结构的槽栅型IGBT半导体功率器件。
背景技术
功率半导体器件是任何电子系统不可缺少的电子器件，其主要应用在各种电源和驱动负载上。随着功率半导体器件的更新换代，新型功率半导体器件逐渐向实现节能、节材、环保和微型化等效益方面发展。
绝缘栅双极型晶体管IGBT是一种MOSFET和双极型晶体管复合的新型电力电子器件，其输入极为MOSFET，输出极为PNP晶体管。该IGBT既有MOSFET驱动简单和快速的优点，又有功率晶体管容量大的优点，因而广泛应用在能源转换、机车牵引、工业变频、汽车电子和消费电子等领域，是电力电子领域重要核心器件之一。当超结应用到IGBT器件中时，可以实现IGBT器件的快速开关和降低开关损耗，而传统的超结MOS器件具有较大的栅沟道导通电阻，为了减小栅极的沟道比导通电阻和降低栅驱动功率，本实用新型设计一种具有超结结构的槽栅型IGBT半导体功率器件。
实用新型内容
本实用新型为一种具有超结结构的槽栅型IGBT半导体功率器件，采用轻掺杂源极区和槽栅结构区可以有效地降低栅沟道电阻所占比例，也可以防止热退化效应和减少栅沟道漏电流效应；采用超结MOS，可以有效地提高半导体功率器件的开关速度。
本实用新型的技术方案具体如下：
一种具有超结结构的槽栅型IGBT半导体功率器件，包括：半导体衬底，N型重掺杂区，P型阱区，N型轻掺杂区，N型重掺杂源区，P型重掺杂源区，N型轻掺杂漂移区，N型重掺杂缓冲区，P型重掺杂集电极区，槽栅结构区。
进一步设置，在半导体衬底上设有N型重掺杂区和P型阱区，该N型重掺杂区设置在P型阱区中间，且其面积比P型阱区面积小。
如此设置，采用N型重掺杂区可以有效地形成超结结构。
进一步设置，在P型阱区一侧且靠近槽栅结构区设有N型轻掺杂区，在N型轻掺杂区上设有N型重掺杂源区，在远离槽栅结构区的N型重掺杂源区一侧设有与其相邻接的P型重掺杂源区。
如此设置，采用N型轻掺杂区可以降低栅沟道比导通电阻、防止热退化效应和减小栅沟道漏电流。
进一步设置，在P型阱区另一侧设有N型轻掺杂漂移区，在N型轻掺杂漂移区上设有N型重掺杂缓冲区，在N型重掺杂缓冲区和P型阱区上设有P型重掺杂集电极区，该P型重掺杂集电极区的厚度比N型重掺杂缓冲区的厚度小，且N型轻掺杂漂移区的面积比N型重掺杂缓冲区的面积大。
如此设置，采用N型重掺杂缓冲区可以收集少数载流子，提高开关速度；采用N型轻掺杂漂移区，可以有效地实现电导调制效应。
进一步设置，在N型重掺杂区上设有槽栅结构区，该N型重掺杂区是以槽栅结构区中心线为对称轴左右对称，且该N型重掺杂区的宽度比槽栅结构区的宽度大。其中槽栅结构区采用多晶硅材料和其中的绝缘介质采用高K绝缘材料，该高K绝缘材料是一种单质或者化合物或者几种相关薄膜叠加组成的材料。
如此设置，高K绝缘材料可以有效地改善栅极的漏电流效应。
进一步设置，N型/P型重掺杂源区引出发射极，槽栅结构引出栅极，P型重掺杂集电极区引出集电极，该发射极、集电极和栅极的金属电极采用金属铜材料或者铝材料。
进一步设置，半导体衬底材料为半导体SiC基或者GaN基材料。
(三)有益效果
本实用新型专利采用源极区轻掺杂技术、槽栅技术和超结MOS技术，可以降低栅沟道的比导通电阻，减少栅沟道漏电流效应，进而降低驱动损耗和开关损耗，提高开关速度。
附图说明
图1为本实用新型具有超结结构的槽栅型IGBT半导体功率器件的结构示意图。
附图标号：1、半导体衬底；2、P型阱区；3、N型重掺杂区；4、N型轻掺杂区；5、P型重掺杂源区；6、N型重掺杂源区；7、N型轻掺杂漂移区；8、N型重掺杂缓冲区；9、P型重掺杂集电极区；10、槽栅结构区的绝缘介质；11、槽栅结构区的栅结构。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
参阅图1所示，图1为本实用新型具有超结结构的槽栅型IGBT半导体功率器件的结构示意图。
本实用新型提供的一种具有超结结构的槽栅型IGBT半导体功率器件，包括：半导体衬底1，该半导体衬底1材料为SiC基或者GaN基材料，在半导体衬底1上的N型重掺杂区3和P型阱区2，该N型重掺杂区3设置在P型阱区2中间，在P型阱区2一侧的靠近槽栅结构区10的N型轻掺杂区4，在N型轻掺杂区4上的N型重掺杂源区6，在远离槽栅结构区10的N型重掺杂源区6一侧相邻接的P型重掺杂源区5，在P型阱区2另一侧的N型轻掺杂漂移区7，在N型轻掺杂漂移区7上的N型重掺杂缓冲区8，在N型重掺杂缓冲区8和P型阱区2上的P型重掺杂集电极区9，在N型重掺杂区3上的槽栅结构区10和11，该槽栅结构区11采用多晶硅材料和其中的绝缘介质10采用高K绝缘材料，N型/P型重掺杂源区引出发射极，槽栅结构11引出栅极，P型重掺杂集电极区9引出集电极。
本实用新型具体实施工作原理：通过采用高K绝缘材料10、N型轻掺杂区4和槽栅结构区10和11，可以有效地减少IGBT器件里NMOS的栅驱动功率；通过采用超结MOS结构，当该超结MOS器件关断时，N型重掺杂区3两侧的PN结出现反向偏置，形成PN结耗尽层，在N型重掺杂区3的掺杂浓度和区域宽度完全匹配，就会形成类似本征半导体区域；当该超结MOS器件导通时，电子会从发射极6经过栅沟道进入N型重掺杂区3，再进入N型轻掺杂漂移区7，为PNP晶体管提供基极电流，开启PNP晶体管，使该IGBT器件进入导通状态，其中采用N型轻掺杂漂移区7可以实现电导调制效应；在该器件的集电极区9增加N型重掺杂缓冲区8可以进行少数载流子的收集，进而提高该半导体功率器件的电学性能。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种具有超结结构的槽栅型IGBT半导体功率器件，其特征在于，包括：半导体衬底(1)，在半导体衬底(1)上的N型重掺杂区(3)和P型阱区(2)，该N型重掺杂区(3)设置在P型阱区(2)中间，在P型阱区(2)一侧的靠近槽栅结构区的N型轻掺杂区(4)，在N型轻掺杂区(4)上的N型重掺杂源区(6)，在远离槽栅结构区的N型重掺杂源区(6)一侧相邻接的P型重掺杂源区(5)，在P型阱区(2)另一侧的N型轻掺杂漂移区(7)，在N型轻掺杂漂移区(7)上的N型重掺杂缓冲区(8)，在N型重掺杂缓冲区(8)和P型阱区(2)上的P型重掺杂集电极区(9)，在N型重掺杂区(3)上的槽栅结构区，该槽栅结构区的栅结构(11)采用多晶硅材料和其中的槽栅结构区的绝缘介质(10)采用高K绝缘材料，N型/P型重掺杂源区引出发射极，槽栅结构区的栅结构(11)引出栅极，P型重掺杂集电极区(9)引出集电极。
2.根据权利要求1所述的具有超结结构的槽栅型IGBT半导体功率器件，其特征在于，P型重掺杂集电极区(9)的厚度比N型重掺杂缓冲区(8)的厚度小。
3.根据权利要求1所述的具有超结结构的槽栅型IGBT半导体功率器件，其特征在于，N型轻掺杂漂移区(7)的面积比N型重掺杂缓冲区(8)的面积大。
4.根据权利要求1所述的具有超结结构的槽栅型IGBT半导体功率器件，其特征在于，在半导体衬底(1)上的N型重掺杂区(3)的面积比P型阱区(2)的面积小。
5.根据权利要求1所述的具有超结结构的槽栅型IGBT半导体功率器件，其特征在于，N型重掺杂区(3)的宽度比槽栅结构区的宽度大，且N型重掺杂区(3)以槽栅结构区中心线为对称轴左右对称。
6.根据权利要求1所述的具有超结结构的槽栅型IGBT半导体功率器件，其特征在于，所述高K绝缘材料是一种单质或者化合物或者几种相关薄膜叠加组成的材料。
7.根据权利要求1所述的具有超结结构的槽栅型IGBT半导体功率器件，其特征在于，所述发射极、集电极和栅极的金属电极采用金属铜材料或者铝材料。
8.根据权利要求1所述的具有超结结构的槽栅型IGBT半导体功率器件，其特征在于，半导体衬底材料为半导体SiC基或者GaN基材料。
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| CN202022095376.9U CN213184295U (zh) | 2020-09-22 | 2020-09-22 | 一种具有超结结构的槽栅型igbt半导体功率器件 |
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Publications (1)
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| CN213184295U true CN213184295U (zh) | 2021-05-11 |
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ID=75775582
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| CN202022095376.9U Active CN213184295U (zh) | 2020-09-22 | 2020-09-22 | 一种具有超结结构的槽栅型igbt半导体功率器件 |
Country Status (1)
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2020
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